淺析電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的概念及現(xiàn)狀

劉灝

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

電力行業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)前我國社會(huì)整體生產(chǎn)以及生活的關(guān)鍵所在，其對(duì)于社會(huì)整體的發(fā)展起著不可取代的作用。要想使得電力供應(yīng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、健康、持久的運(yùn)行，那么就務(wù)必要做好電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的研究，而這一技術(shù)的研究已經(jīng)成為當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展的首要問題。電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)對(duì)于整體的電力行業(yè)起著至關(guān)重要的影響，首先，電氣設(shè)備是各個(gè)電力企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)過程中所必須使用的，而狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)能夠有效地監(jiān)測此類電氣設(shè)備在運(yùn)行的過程中是否出現(xiàn)異常的情況，以確保企業(yè)整體的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于電力企業(yè)來說，各類設(shè)備繁多，種類多樣，任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)了問題，都會(huì)導(dǎo)致大面積的停電，從而為電力企業(yè)以及社會(huì)帶來巨大的損失。其次，電力設(shè)備在日常運(yùn)行過程中難免會(huì)出現(xiàn)磨損、老化、異常等情況，而這些都需要企業(yè)投入一定的資金成本，做好檢修的工作，又因?yàn)殡娏?yīng)的特殊性，因此這些電氣設(shè)備是一直處于運(yùn)行的過程中，那么，一旦出現(xiàn)問題，便只能斷電檢修，這對(duì)于整體企業(yè)來說是一個(gè)較大的損失，不僅僅會(huì)影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，并且還會(huì)影響社會(huì)的生產(chǎn)生活，從而對(duì)電力行業(yè)的整體發(fā)展造成影響。

1 電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的概念

1.1 電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的概念

電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，是指在電力電氣設(shè)備整體的運(yùn)行中，對(duì)設(shè)備相關(guān)內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測，通過對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)行監(jiān)測，以此來提取設(shè)備可能出現(xiàn)的故障以及出現(xiàn)故障的表現(xiàn)，對(duì)于設(shè)備整體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測的一項(xiàng)技術(shù)。使用此類監(jiān)測技術(shù)可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效的探測，一旦當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，能夠快速地通知相關(guān)人員，對(duì)于可能出現(xiàn)的異常問題以及相關(guān)的問題隱患進(jìn)行快速的排查，從而減少電力系統(tǒng)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)安全事故的情況，為設(shè)備穩(wěn)定、健康地運(yùn)行提供有效的助力。在對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的過程中，通過對(duì)設(shè)備整體或某一關(guān)鍵部位的相關(guān)特征開發(fā)具有特殊用途的設(shè)備，并且利用數(shù)據(jù)采集以及詳細(xì)分析的方式，對(duì)設(shè)備在將來運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行有效的預(yù)測。電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主要是對(duì)設(shè)備電力系統(tǒng)設(shè)備在日常工作中進(jìn)行檢測與維護(hù)，對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行提前預(yù)知，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)設(shè)備檢修的過程當(dāng)中，總是以計(jì)劃周期來進(jìn)行固定的檢測維修，這種傳統(tǒng)的方式與電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)相比比較死板，只有在特定的時(shí)間才能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備的整體狀態(tài)進(jìn)行檢測維護(hù)，排除可能出現(xiàn)的問題，但是在計(jì)劃檢修的空余時(shí)間中，設(shè)備在這個(gè)階段也可能會(huì)出現(xiàn)其他的隱患問題，一旦在這一間隔內(nèi)出現(xiàn)了相關(guān)問題，那么就會(huì)使得電力設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)停滯，從而影響電力設(shè)備整體的運(yùn)行，因此傳統(tǒng)的電力設(shè)備檢測技術(shù)并無法滿足電力系統(tǒng)整體穩(wěn)定地運(yùn)行要求狀態(tài)，電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)剛好能夠滿足這一要求，極大地提高了靈活性，可以說，并沒有任何的計(jì)劃周期進(jìn)行檢測，而是在無時(shí)無刻地進(jìn)行檢測，一旦設(shè)備出現(xiàn)了異常的問題，檢測技術(shù)能夠快速有效地發(fā)出預(yù)警，并且對(duì)相關(guān)人員指出發(fā)生問題的設(shè)備具體的情況，使用這種監(jiān)測技術(shù)，相關(guān)人員可以快速地趕赴問題設(shè)備處進(jìn)行檢修，將這種狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用至電力系統(tǒng)設(shè)備中，可以有效地提高設(shè)備運(yùn)行的效率，減少甚至是完全避免設(shè)備出現(xiàn)故障停止生產(chǎn)的情況，從而更好地提高電力系統(tǒng)整體穩(wěn)定、運(yùn)行，推動(dòng)電力系統(tǒng)健康穩(wěn)定的發(fā)展。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成

為了實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備實(shí)時(shí)有效的檢測以及相關(guān)故障的預(yù)警，最重要的就是要對(duì)監(jiān)測的對(duì)象建立一個(gè)科學(xué)合理的物理模型，并且利用這個(gè)物理模型來進(jìn)一步分析出相對(duì)應(yīng)的特征量，以此為電力設(shè)備的故障預(yù)警以及檢修提供有效的根據(jù)，從整體層面來看，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成部分可以分為4部分。

（1）傳感器。傳感器在這其中可以將設(shè)備所采集的物理量迅速地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，一個(gè)靈敏有效的傳感器能夠快速地對(duì)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的異常問題進(jìn)行感知，從而將感知到的情況以瞬時(shí)的速度轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)并且傳輸出去。在對(duì)傳感器進(jìn)行選擇的時(shí)候需要準(zhǔn)確地掌握電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的相關(guān)要求，也就是快速性以及準(zhǔn)確性，一般將其放置在在線監(jiān)測的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中。

（2）數(shù)據(jù)獲取。主要在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中對(duì)傳感器所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行有效的分析，將電信號(hào)進(jìn)行再一步的處理，以此做好數(shù)據(jù)的對(duì)比。對(duì)于物理模型中的數(shù)據(jù)作為對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)，將所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理完后，與物理模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，獲得在設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常情況。

（3）故障檢測。故障檢測通常是在前兩步運(yùn)行完畢后，通過狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和之前預(yù)設(shè)的物理模型中的正常數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)所設(shè)置的正常范圍以此來得到設(shè)備中的數(shù)據(jù)是否是屬于正常的范圍內(nèi)，是否存在異常的情況，而這也就是對(duì)故障進(jìn)行檢測，以此來保證數(shù)據(jù)整體的準(zhǔn)確。

（4）故障判斷。故障判斷在整個(gè)狀態(tài)監(jiān)測過程中是最后一步，同時(shí)也是最重要的一步，通過前三步的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、收集，數(shù)據(jù)檢測，對(duì)所出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，一旦發(fā)現(xiàn)有潛在隱患的數(shù)據(jù)時(shí)，便迅速地發(fā)出相關(guān)的警告，并且根據(jù)所可能出現(xiàn)故障的不同，發(fā)出不同程度的警告信號(hào)，這樣可以快速對(duì)相關(guān)人員作出準(zhǔn)確預(yù)警，相關(guān)人員在對(duì)設(shè)備檢修前做好相對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)備，有效提高故障判斷的準(zhǔn)確性以及檢修的效率。

這4個(gè)組成部分缺一不可，層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)緊扣，共同組成了一個(gè)有效的電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，如表1所示。

表1 電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的任務(wù)、步驟及結(jié)果

2 電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的現(xiàn)狀分析

2.1 當(dāng)前現(xiàn)狀

當(dāng)前，國內(nèi)電力系統(tǒng)中對(duì)電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測方式多種多樣，但是隨著當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)以及生活對(duì)國內(nèi)電力的需求不斷加大，電力系統(tǒng)的規(guī)模也在不斷地提高，設(shè)備也變得更多，在這種情況下，對(duì)于電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)整體的監(jiān)測工作也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，而這時(shí)，如果是仍然采用過去的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，那么針對(duì)當(dāng)前所不斷擴(kuò)大的電力系統(tǒng)必然無法較好滿足，因此要提高電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的相關(guān)研究，來使監(jiān)測技術(shù)不斷提高。在整個(gè)電力系統(tǒng)中，對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，最重要的就是通過對(duì)設(shè)備在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此得到設(shè)備是否出現(xiàn)了異常的情況。在傳統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的過程中，主要是采用計(jì)劃性的周期進(jìn)行巡檢，在當(dāng)前電力系統(tǒng)設(shè)備不斷增多的情況下，規(guī)模也在不斷地提升，傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測的手段已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)前的實(shí)際需要，尤其是在進(jìn)行在對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修的過程中，一般只能發(fā)現(xiàn)一些表面的問題，對(duì)一些安全隱患通常難以發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)潛在隱患變成表面的嚴(yán)重問題時(shí)，才能夠有所感應(yīng)。并且在使用傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測過程中，還有一個(gè)缺陷，就是需要在停電的狀態(tài)下進(jìn)行，這樣與實(shí)際運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的隱患問題就會(huì)出現(xiàn)一定的差異，因此，在停電狀態(tài)下的結(jié)果就很難將設(shè)備的實(shí)際情況表現(xiàn)出來。

2.2 實(shí)際應(yīng)用

（1）對(duì)電力變壓器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，在對(duì)電力變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的過程中，最關(guān)鍵的就是對(duì)變壓器的各個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測，尤其是有載調(diào)節(jié)器和繞組這兩個(gè)部分，作為變壓器中最關(guān)鍵同時(shí)也最容易出現(xiàn)異常的兩個(gè)組成，利用狀態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)對(duì)變壓器中這兩部分的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測，能夠快速地發(fā)現(xiàn)其組件是否出現(xiàn)了老化異常以及其他的問題，并且一旦當(dāng)有載調(diào)節(jié)器出現(xiàn)了電氣或機(jī)械方面的問題時(shí)，能夠快速地進(jìn)行預(yù)警。對(duì)于繞組經(jīng)常出現(xiàn)的絕緣也能夠做好監(jiān)控，以此確保電力變壓器保持有效的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于其運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)電流、電壓等做好實(shí)施有效的監(jiān)控。

（2）對(duì)發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測，狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用至發(fā)電機(jī)時(shí)，主要對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，最重要的就是四個(gè)關(guān)鍵的部分，在發(fā)電機(jī)中經(jīng)常出現(xiàn)異常問題主要是電子繞組、轉(zhuǎn)子體、轉(zhuǎn)子繞組以及定子鐵芯，并且由于這四方面會(huì)出現(xiàn)各類各樣的故障，所導(dǎo)致的原因也各不相同，所涉及的內(nèi)容也有所不同，所以在對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的過程中，要根據(jù)具體出現(xiàn)故障的原因以及組件具體特性來選擇相對(duì)應(yīng)的檢測方式。例如，在對(duì)轉(zhuǎn)子體進(jìn)行異常檢測的過程中，由于其產(chǎn)生異常的原因是轉(zhuǎn)子離心力、大的負(fù)序暫態(tài)電流以及轉(zhuǎn)子不同心所導(dǎo)致的，所以在使用相關(guān)監(jiān)測技術(shù)的時(shí)候，主要就是利用氣息磁密監(jiān)測技術(shù)。再例如，定子鐵心深處經(jīng)常出現(xiàn)故障，大部分原因是過熱所導(dǎo)致的，因此，在對(duì)電子鐵鋅進(jìn)行檢測的時(shí)候，就需要使用熱檢測技術(shù)來做好實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

（3）對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測，在對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的時(shí)候，最主要的就是檢測定子、轉(zhuǎn)子、軸承以及氣息四個(gè)部分，是在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中最容易出現(xiàn)故障的部分，針對(duì)這四部分不同的情況采取的使用的監(jiān)測技術(shù)主要可以分為振動(dòng)監(jiān)測以及電流監(jiān)測。振動(dòng)監(jiān)測在具體的電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)機(jī)械所存在的故障隱患，電流監(jiān)測在實(shí)際的使用過程中，因?yàn)殡娏髯兓^小，由于相關(guān)技術(shù)的限制，因此并不能夠達(dá)到滿意的準(zhǔn)確度。但是，隨著當(dāng)前科技的不斷發(fā)展，電流監(jiān)測技術(shù)也有了一定的進(jìn)步，對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的過程中，將模型以及人工智能引入其中，利用大量的數(shù)據(jù)可以使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)準(zhǔn)確地將設(shè)備中所出現(xiàn)的故障問題反饋出來，提高檢測的準(zhǔn)確性。

（4）對(duì)高壓斷路器的狀態(tài)檢測，在整體的電力系統(tǒng)當(dāng)中，高壓斷路器可以說在安全方面起著極為重要的作用，因此對(duì)其進(jìn)行的狀態(tài)監(jiān)測更是重中之重。對(duì)于高壓斷路器來說，其主要出現(xiàn)故障的原因一方面是機(jī)械故障，另一方面是電氣故障，從實(shí)際故障的情況統(tǒng)計(jì)來看，對(duì)于高壓電路器斷路器來說大部分的故障是由機(jī)械故障所造成的，所以在對(duì)高壓斷路器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的過程當(dāng)中，需要著重注意好機(jī)械故障的檢測成效。當(dāng)前，對(duì)于高壓斷路器的檢測主要有2個(gè)方面，一是機(jī)械壽命的在線監(jiān)測；二是觸頭電壽命監(jiān)測，其檢測的內(nèi)容種類多樣，其最終目的都是為了保證高壓斷路器的穩(wěn)定運(yùn)行，一旦其出現(xiàn)了相關(guān)的異常隱患，能夠快速進(jìn)行排除，以此來為電力系統(tǒng)整體的安全運(yùn)行提供有效的保障。其電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用

3 結(jié)語

總的來說，電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在電力系統(tǒng)整體的設(shè)備運(yùn)行中發(fā)揮了較為重要的作用，能夠有效地幫助電力企業(yè)在實(shí)際的發(fā)電過程中快速地檢測出設(shè)備所出現(xiàn)的故障異常情況，并且對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)所得到的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，從而得出電氣設(shè)備出現(xiàn)問題的原因，以此為依據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的故障排除以及解決。隨著當(dāng)前計(jì)算機(jī)、人工智能等方面的快速發(fā)展，相信未來，此類先進(jìn)的技術(shù)必然會(huì)在電力行業(yè)中進(jìn)一步的應(yīng)用，深層的融合，使得電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)整體朝著智能化、數(shù)據(jù)化、自動(dòng)化的方向前進(jìn)。因此，在當(dāng)前不僅僅需要做好電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的相關(guān)研究工作，對(duì)于整體的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的完善，同時(shí)，還要培養(yǎng)相關(guān)的技術(shù)人才，不斷地提高從業(yè)人員的自身素養(yǎng)，為電力行業(yè)整體安全穩(wěn)定的發(fā)展提供更好的保障。